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1、2023/10/10,第五章 参数检测技术,5.1 温度的检测5.2 压力的检测5.3 流量的检测5.4 物位的检测,2023/10/10,温度:表征物体冷热程度的物理量。温度概念的建立和温度的测量都是以热平衡现象为基础的。为了判断温度的高低，只能借助于某种物质的某种特性（如体积、长度和电阻等）随温度变化的规律来测量，于是就会有形形色色的温度计。但是，迄今为止，还没有适应整个温度范围用的温度计（或物质）。,1：温度,比较理想的物质及相应的物理性质有：固体、液体、气体的热膨胀性质；导体或半导体受热后电阻值变化的性质；热电偶的热电势和物体的热辐射。利用这些物理性质制成的测温仪表被广泛的应用着。此外
2、，也应用了一些新的测温原理，如射流测温、涡流测温、激光测温等。,5.1温度的检测,5.1.1温度与温标,2023/10/10,温标:温度的数值表示方法，是用来衡量物体温度的尺度。它规定了温度读数的起点(零点)和测量温度的单位，各种温度计的刻度值均由温标确定。,2:温标,常用的有摄氏温标、华氏温标和热力学温标等。,5.1温度的检测,2023/10/10,热力学温标是一种与工质无关的温标，它以热力学第二定律为基础，已由国际计量大会采纳作为国际统一的基本温标。热力学温标所确定的温度数值称为热力学温度（单位为K）。,(2)热力学温标(K),摄氏温标的物理基础是水银温度变化与体膨胀成线性关系。分度方法是
3、把标准大气压下水的冰点定为零度（0），把水的沸点定为100度（100），用这两个固定点分度玻璃水银温度计，在这两固定点间划分100等分，每一等分为摄氏一度，计为1。,(1)摄氏温标(),2：温标,2023/10/10,第一个国际温标是1927年第七届国际计量大会决定采用的温标，称为“1927年国际温标”，记为ITS-27。此后大约每隔20年进行一次大修改。目前，国际上通用的国际温标是1989年7月第77届国际计量委员会（CIPM）批准的新温标ITS-90，我国从1994年1月1日起实行新温标。,(3)国际温标,t=T-273.15,2：温标,2023/10/10,(1)接触式测温法,温度这一参
4、数是不能直接测量的，一般根据物质的某些特性参数与温度之间的函数关系，通过对这些特性参数的测量而间接获取。根据测温传感器的使用方式，测温方法大体分为接触式和非接触式两种。,测温传感器敏感元件直接与被测物体接触，在足够长的时间内，使传感器与被测点达到热平衡，以实现温度测量。,其特点是：由于传感器与被测物体接触，所以测量比较直观、可靠，测温准确度较高，但它直接影响被测物体温度场的分布。使用该种方法需要使测温元件与被测物体达到热平衡，所以测温时产生较大的时间滞后，并由此带来测量误差。测温范围在1600以下，通常1000以下的温度容易测量，1200以上的温度不易测量。,2023/10/10,(2)非接触
5、式测温法,测温传感器不接触被测物体，利用物体的热辐射随温度变化的原理测定物体温度，故又称辐射测温,2023/10/10,双金属温度计是把两种膨胀系数不同的金属薄片焊接在一起制成的，是一种固体膨胀温度计。结构简单、牢固，可将温度变化转换成机械量变化，不仅用于测量温度，而且还用于温度控制装置（尤其是开关的“通断”控制），使用范围相当广泛。,5.1.2 双金属温度计,双金属温度计的工作原理如图所示,将其一端固定,如果温度升高,下面的金属B（例如黄铜）因热膨胀而伸长，上面的金属A（例如因瓦合金）却几乎不变，致使双金属偏向上翘。温度越高则产生的线膨胀差越大，引起的弯曲越大。,2023/10/10,图为双
6、金属温度计的结构。它的感温元件通常绕成螺旋形，一端固定，另一端连接指针轴。温度变化时，感温元件的弯曲率发生变化，并通过指针轴带动指针偏转，在刻度盘上显示出温度的变化。,5.1.2 双金属温度计,2023/10/10,5.1.3 热电温度计,详见第四章的内容,2023/10/10,5.1.4 辐射测温,(1)全辐射温度计,被测物体的热辐射能量，经物镜聚集在热电堆（由一组微细的热电偶串联而成）上并转换成热电势输出，其值与被测物体的表面温度成正比，用显示仪表进行指示记录。图中补偿光栏由双金属片控制，当环境温度变化时，光栏相应调节照射在热电堆上的热辐射能量，以补偿因温度变化影响热电势数值而引起的误差。
7、,全辐射温度计由辐射感温器、显示仪表及辅助装置构成。,2023/10/10,一般全辐射温度计选择黑体作为标准体来分度仪表，此时所测的是物体的辐射温度，即相当于黑体的某一温度TP。在辐射感温器的工作谱段内，当表面温度为TP的黑体之积分辐射能量和表面温度为T的物体之积分辐射能量相等时，即TP4=TT 4，则物体的真实温度为,。因此，当已知物体的全发射率T和辐射温度计指示的辐射温度TP时，就可算出被测物体的真实表面温度。,绝对黑体的热辐射能量与温度之间的关系为,E0=T 4(W/m),但所有物体的全发射率T均小于1，则其辐射能量与温度之间的关系表示为,E0=TT 4(W/m),2023/10/10,
8、2)光学高温计和光电高温计,光学高温计是发展最早、应用最广的非接触式温度计之一。它结构简单，使用方便，测温范围广（7003200），一般可满足工业测温的准确度要求。目前广泛用于高温熔体、炉窑的温度测量，是冶金、陶瓷等工业部门十分重要的高温仪表。,光学高温计是利用受热物体的单色辐射强度随温度升高而增加的原理制成的，由于采用单一波长进行亮度比较，因而也称单色辐射温度计。物体在高温下会发光，也就具有一定的亮度。,物体的亮度B与其辐射强度E成正比，即：B=CE，式中C为比例系数。,所以受热物体的亮度大小反映了物体的温度数值。通常先得到被测物体的亮度温度，然后转化为物体的真实温度。,2023/10/10
9、,光学高温计的缺点是以人眼观察，并需用手动平衡，因此不能实现快速测量和自动记录，且测量结果带有主观性。最近，由于光电探测器、干涉滤光片及单色器的发展，使光学高温计在工业测量中的地位逐渐下降，正在被较灵敏、准确的光电高温计所代替。,在光学高温计基础上发展起来的,用光敏元件代替人眼，实现了光电自动测量。,(1)灵敏度和准确度高；,(2)波长范围不受限制，可见光与红外范围均可，测温下限可向低温扩展；(3)响应时间短；(4)便于自动测量和控制，能自动记录和远距离传送,光电高温计,特点如下：,2023/10/10,(3)比色高温计,通过测量热辐射体在两个以上波长的光谱辐射亮度之比来测量温度的仪表，称为比
10、色温度计。,2023/10/10,被测对象经物镜1成像经光栏3与光导棒4投射到分光镜6上，它使长波（红外线）辐射线透过，而使短波（可见光）部分反射。透过分光镜的辐射线再经滤光片9将残余的短波滤去，之后被红外光电元件硅光电池10接收，转换成电量输出；由分光镜反射的短波辐射线经滤波片7将长波滤去，而被可见光硅光电池8接收，转换成与波长亮度成函数关系的电量输出。,光栏3前的平行平面玻璃2将一部分光线反射到瞄准反射镜5上，在经反射镜11、目镜12和棱镜13，便能从观察系统中看到被观测对象的状态，以便校准仪器的位置,将这两个电信号输入自动平衡显示纪录仪进行比较得出光电信号比，即可读出被测对象的温度值。,
11、2023/10/10,这种高温计属非接触测量，量程为800-2000，精度为0.5，响应速度由光电元件及二次仪表记录速度而定。其优点是测温准确度高，反应速度快，测量范围宽，可测目标小，测量温度更接近真实温度，环境的粉尘、水气、烟雾等对测量结果的影响小。可用于冶金、水泥、玻璃等工业部门。,(3)比色高温计,2023/10/10,(4)红外温测,红外温测也是基于辐射原理来测温的,1)红外探测器,红外探测器是红外探测系统的关键元件。目前已研制出几十种性能良好的探测器，大体可分为两类：,热探测器。它基于热电效应，即入射辐射与探测器相互作用时引起探测元件的温度变化，进而引起探测器中与温度有关的电学性质变
12、化。常用的热探测器有热电堆型、热释电型及热敏电阻型,2023/10/10,光探测器（量子型）。它的工作原理基于光电效应,即入射辐射与探测器相互作用时激发电子。光探测器的响应时间比热探测器短得多。常用的光探测器有光导型（即光敏电阻型，常用的光敏电阻有PbS，PbTe及HgCdTe等）及光生伏特型（即光电池）。,目前用于辐射测温的探测器已有长足进展。我国许多单位可生产硅光电池，钽酸钾热释电元件，薄膜热电堆热敏电阻及光敏电阻等。,1)红外探测器,2023/10/10,2)红外测温仪,被测物体的热辐射线由光学系统聚焦，经光栅盘调制为一定频率的光能，落在热敏电阻探测器上，经电桥转换为交流电压信号，放大后
13、输出显示或记录。,2023/10/10,光栅盘由两片扇型光栅板组成，一块固定，一块可动，可动板受光栅调制电路控制，并按一定频率正、反向转动，实现开(透光)、关(不透光)，使入射线变为一定频率的能量作用在探测器上。表面温度测量范围为0-600，时间常数为4-10ms。,2023/10/10,3)红外热像仪,红外热像仪测温基于被测物体的红外热辐射。它能在一定宽温域做不接触、无害、实时、连续的温度测量。被测物体的温度分布形成肉眼看不见的红外热能辐射，经红外热像仪转化为电视图像或照片,2023/10/10,其工作原理如图所示。光学系统收集辐射线，经滤波处理后将景物图形聚集在探测器上，光学机械扫描包括两
14、个扫描镜组：垂直扫描和水平扫描。扫描器位于光学系统和探测器之间，当镜子摆动时，从物体到达探测器的光束也随之移动，形成物点与物象互相对应。然后探测器将光学系统逐点扫描所依次搜集的景物温度空间分布信息，变为按时序排列的电信号，经过信号处理后，由显示器显示出可见图象物体温度的空间分布情况。,2023/10/10,目前许多国家都已有热像仪的产品出售。如日本的JTG-JA型热像仪，其测温范围为01500，并分为三个测量段。0180，适于测量机床温度场；100500和3001500，适于测量工件或刀具的温度场。瑞典的AGA680型热像仪，温度分辨力为0.2，视场为20o25o；美国Barnes公司的74C型热像仪也达到较高的水平。我国研制的红外热像仪已用于机械设备的热变形研究中。,2023/10/10,小结：,温度的检测,温度与温标,热电温度计,电阻温度计,双金属温度计,辐射测温,红外测温,红外探测器、红外测温仪、红外热像仪,全辐射高温计、光学高温计、光电高温计、比色高温计,铂电阻、铜电阻、热敏电阻,热电偶,接触式与非接触式测温？,
